Mark4对高膘妊娠母猪胎盘绒毛滋养层细胞线粒体氧化损伤的作用及其调控机制研究

Obesity and obesity-associated hyperlipidemia has been demonstrated to provoke a reproductive disorder in pigs. While a growing body of evidence points out a critical role of oxidative stress and mitochondrial dysfunction in placenta induced by a chronic elevation of circulating fatty acids in obesity mediated reproductive disorder in humans and animals, little data are available for pigs. Microtubules affinity regulated kinase 4 (Mark4) has been approved to regulate body glucose homeostasis and energy metabolism in high-fat diet induced obesity and insulin resistance. Furthermore, studies indicate that Mark4 promotes oxidative stress and inflammation in mice adipocytes. However, the regulatory role of Mark4 on oxidative stress and mitochondrial dysfunction in placenta of pigs, especially in obese condition, has yet to be elucidated. . In this study, we addressed the hypothesis that increasing maternal adiposity affect mitochondrial function in pig placenta, and Mark4 promotes oxidative stress and mitochondrial dysfunction in placental chorionic trophoblast cells of obese pigs by inhibiting AMPK and activating NF-κB pathways. Thus, the purpose of this study is to show promise of Mark4 as a novel strategy for feeding and molecular breeding to advance pig reproduction.

生产实践表明母猪高膘妊娠引起的繁殖力下降是困扰母猪生产的一大难题。在人和动物的研究表明母体妊娠肥胖主要是通过引起血脂（脂肪酸）升高造成胎盘绒毛线粒体氧化损伤和胎盘功能异常(脂毒性发生)使母体繁殖力下降，但母猪高膘妊娠能否同样引起胎盘绒毛线粒体氧化损伤未见报道。功能性蛋白Mark4被证实对肥胖条件下机体能量和葡萄糖代谢平衡以及脂肪组织氧化应激和炎症反应发挥重要调控作用，然而Mark4能否对高膘妊娠母猪胎盘绒毛线粒体氧化损伤发挥调节作用知之甚少。因此，本项目以长白母猪为妊娠肥胖实验动物，从活体水平研究母猪高膘妊娠对胎盘绒毛膜线粒体氧化损伤的影响，从细胞水平研究脂肪酸诱导猪胎盘绒毛滋养层细胞脂毒性(氧化应激)发生过程中Mark4对线粒体氧化损伤的调控作用及其通过AMPK和NF-κB信号通路介导线粒体氧化损伤的机制，为今后从营养手段改善母猪繁殖性能和母猪繁殖性状的分子改良提供新的思路和解决途径。

生产实践表明母猪高膘妊娠引起的繁殖力下降是困扰母猪生产的一大难题。虽然在人和动物已检测到母体妊娠肥胖可引起胎盘绒毛线粒体氧化应激损伤，但母猪高膘妊娠是否同样引起胎盘绒毛膜线粒体氧化损伤未见报道, 并且其分子调控机制仍不清楚。功能性蛋白Mark4被证实对肥胖条件下机体能量和葡萄糖代谢平衡以及脂肪组织氧化应激和炎症反应发挥重要调控作用，然而Mark4能否对高膘妊娠母猪胎盘绒毛线粒体氧化损伤发挥调节作用知之甚少。因此，本项目在活体水平检测母猪不同妊娠膘情(适中背膘对照组,即BFI和高背膘组，即BFII)对胎盘绒毛膜线粒体氧化损伤的影响，随后利用现代分子生物学技术和体外原代培养猪胎盘绒毛滋养层细胞技术，获得猪Mark4基因cDNA全长序列，并在细胞水平检测脂肪酸诱导猪胎盘绒毛滋养层细胞脂毒性(氧化应激)发生过程中Mark4对线粒体氧化损伤的调控作用及其通过AMPK和NF-κB信号通路介导线粒体氧化损伤的机制。结果表明，母猪高膘妊娠可引起胎盘氧化应激增加, 线粒体生物合成减少，线粒体形态结构异常以及线粒体氧化呼吸功能损伤。猪Mark4基因cDNA全长序列长度3216bp,包含一个基因开放阅读框2259bp,编码蛋白长度752个氨基酸。通过建立脂肪酸体外诱导猪胎盘滋养层细胞脂毒性(氧化应激)模型，在细胞水平证实氧化应激可介导高膘妊娠母猪胎盘滋养层细胞线粒体结构和功能损伤，并且Mark4可促进脂毒性条件下猪胎盘滋养层细胞氧化应激和线粒体功能损伤；同时也进一步证实功能蛋白Mark4可通过抑制AMPK信号通路和活化NF-κB信号通路介导高膘妊娠母猪胎盘绒毛滋养层细胞线粒体氧化损伤。这些研究结果的获得对于阐明高膘妊娠母猪胎盘绒毛膜线粒体氧化损伤的分子机制具有较强的科学意义，同时也为今后从营养手段改善母猪繁殖性能提供新的思路和解决途径。